一种基于动态局部重构的FPGA在线升级方法与流程

本发明涉及计算机应用技术领域，特别涉及一种基于动态局部重构的fpga在线升级方法。

背景技术：

fpga(field-programmablegatearray)，即现场可编程门阵列，是在pal、gal、cpld等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(asic)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

fpga采用逻辑单元阵列lca(logiccellarray)概念，内部包括可配置逻辑模块clb(configurablelogicblock)、输入输出模块iob(inputoutputblock)和内部连线(interconnect)三个部分。现场可编程门阵列(fpga)是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列(如pal，gal及cpld器件)相比，fpga具有不同的结构。fpga利用小型查找表(16×1ram)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个d触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动i/o，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到i/o模块。fpga的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与i/o间的联接方式，并最终决定了fpga所能实现的功能，fpga允许无限次的编程。

随着科学技术的发展，产生的数据量呈爆炸式增长，这对数据处理提出了快速性和实时性的需求，fpga因其数据并行处理的特点，在不同应用场景下都得到广泛的应用。

1)采用fpga设计asic电路(专用集成电路)，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。

2)fpga可做其它全定制或半定制asic电路的中试样片。

3)fpga内部有丰富的触发器和i/o引脚。

4)fpga是asic电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

5)fpga采用高速cmos工艺，功耗低，可以与cmos、ttl电平兼容。

可以说，fpga芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

fpga是由存放在片内ram中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的ram进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。

加电时，fpga芯片将eprom中数据读入片内编程ram中，配置完成后，fpga进入工作状态。掉电后，fpga恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，fpga能够反复使用。fpga的编程无须专用的fpga编程器，只须用通用的eprom、prom编程器即可。当需要修改fpga功能时，只需更新eprom的数据即可。这样，同一片fpga，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，fpga的使用非常灵活。

在线升级指的是系统主机可以通过网口在线升级fpga的配置文件，实现软件版本升级及故障维修功能。目前较多带有fpga的产品无法实现在线升级，影响了fpga使用的效率。而且，常见的fpga在线升级方法多是采用arm、dsp或者额外的fpga来控制目标fpga进行配置文件的在线升级，这种增加额外控制器件的做法不仅会增加成本，还会影响系统功耗。如何更好的实现fpga的在线升级，是一个亟待解决的问题。

基于以上情况，本发明提出了一种基于动态局部重构的fpga在线升级方法。

技术实现要素：

本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种简单高效的基于动态局部重构的fpga在线升级方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于动态局部重构的fpga在线升级方法，其特征在于：将系统主机与fpga芯片通过以太网接口相连，向fpga芯片发送命令以及需要升级的配置文件，fpga芯片对配置文件进行协议解析后将其存入flash存储器内。

所述fpga芯片还连接有预留的usb接口；当无法通过以太网进行在线升级时，插入usb接口的存储设备，fpga芯片自动读取其中存储的配置文件，解析后存入flash存储器内。

所述fpga芯片的加载模式为主动模式(as)；在主动模式(as)下，对fpga芯片进行pr(partialreconfiguration)分区，分为重构控制区域和可重构区域。

所述可重构区域负责实现系统或产品的逻辑功能，所述重构控制区域接收并解析配置文件。

通过fpga芯片内部总线宏模块将数据加载到所述可重构区域，利用动态重构实现配置文件的在线升级。

所述重构控制区域将配置文件存入flash存储器。

fpga芯片断电断电重启后，所述重构控制区域主动从flash存储器中读取数据，在将配置文件下发到可重构区域。

一种基于动态局部重构的fpga在线升级结构，其特征在于：包括fpga芯片，系统主机，flash存储器以及预留的usb接口，所述系统主机，flash存储器以及预留的usb接口均与fpga芯片相连；所述flash存储器用来存储需要升级的配置文件。

本发明的有益效果是：该基于动态局部重构的fpga在线升级方法，不仅能够保证配置文件的在线实时更新，而且fpga在线自升级，不用额外引入其他的控制器件，在节约成本的同时，有利于控制系统的整体功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明基于动态局部重构的fpga在线升级结构示意图。

附图2为本发明基于动态局部重构的fpga在线升级方法示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

该基于动态局部重构的fpga在线升级方法，将系统主机与fpga芯片通过以太网接口相连，向fpga芯片发送命令以及需要升级的配置文件，fpga芯片对配置文件进行协议解析后将其存入flash存储器内。

所述fpga芯片还连接有预留的usb接口；当无法通过以太网进行在线升级时，插入usb接口的存储设备，fpga芯片自动读取其中存储的配置文件，解析后存入flash存储器内。

fpga的加载模式主要有主动模式(as)、被动模式(ps)以及jtag模式。

常用的fpga在线升级方法是将fpga设置为ps模式，由外部计算机或者控制器(如arm、dsp或者额外的fpga，加强型配置器件(epc16,epc8)等)控制配置过程将数据下载到fpga中，增加了成本与功耗。随着技术的发展，出现了使用fpga内部软核搭建微控制器来控制数据配置的做法，但是仍属于fpga被动配置的范畴。

所述fpga芯片的加载模式为主动模式(as)；在主动模式(as)下，对fpga芯片进行pr(partialreconfiguration)分区，分为重构控制区域和可重构区域。

所述可重构区域负责实现系统或产品的逻辑功能，所述重构控制区域接收并解析配置文件。

通过fpga芯片内部总线宏模块将数据加载到所述可重构区域，利用动态重构实现配置文件的在线升级。

所述重构控制区域将配置文件存入flash存储器。

fpga芯片断电断电重启后，所述重构控制区域主动从flash存储器中读取数据，在将配置文件下发到可重构区域。

该基于动态局部重构的fpga在线升级结构，包括fpga芯片，系统主机，flash存储器以及预留的usb接口，所述系统主机，flash存储器以及预留的usb接口均与fpga芯片相连；所述flash存储器用来存储需要升级的配置文件。

与现有技术相比，该基于动态局部重构的fpga在线升级方法，具有以下特点：

第一、在线升级的实时性

基于fpga的动态局部重构，保证了配置文件的在线实时更新。

第二、节约成本，控制功耗

fpga在线自升级，不用额外引入其他的控制器件，在节约成本的同时，有利于控制系统的整体功耗。

以上对本发明实例中的一种基于动态局部重构的fpga在线升级方法进行了详细的介绍。本部分采用具体实例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例仅用于帮助理解本发明的核心思想，在不脱离本发明原理的情况下，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。